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《华南师范大学》 2002年
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涡轮LP-MOCVD研制GaInP/GaA1InP应变多量子阱高亮度发光二极管

邓云龙  
【摘要】: 由于高亮度发光二极管(HB-LED)可应用于室外大屏幕显示,交通指示灯,汽车尾灯,液晶显示背光源等领域,甚至可进入照明领域,将引发一场照明领域发光器件的革命,因此成为近年来世界先进国家研究热点,并已经取得很大的发展。美日两国的大公司在成功研制部分结构的HB-LED同时也纷纷申请大量的专利以便于垄断行业。本论文分析了当前国内外各种LED的结构及其制作工艺,在技术上较为成熟的双异质结构基础上,我们在器件的有源区引入应变多量子阱结构,并根据实际需求增加补偿应变技术以保证发光层结构的稳定性;通过对器件外量子效率的计算,使得在器件设计有了定量的理论分析依据;并采用先进的涡轮LP-MOCVD成功制备出GalnP/GaAlInP应变多量子阱高亮度发光二极管器件。本文的主要工作如下: 1 首先介绍了LED发展的历程和将来发展的趋势,分析HB-LED的制作难点,并指出本论文的主要研究工作。 2 利用k·p能带计算的近似理论,分别分析和计算了GaInP体材料,量子阱,多量子阱以及弹性应变下的能带结构。计算结果表明,在压应变力下,量子阱的重空穴带上升,轻空穴带下降。第一重空穴在(?)_x+(?)y方向上的有效质量减小,而轻空穴则具有负的有效质量,这对器件电注入和光辐射复合是有利的。最后还指出了量子阱结构在张应力作用下能带实现交叉的应变量。 3 对LED器件多量子阱有源区载流子输运与复合跃迁的分析。分析结果表明,有源区量子阱数越多,非平衡载流子的密度越低,势垒对非平衡载流子限制越好;通过对跃迁元的推导得出,量子阱的跃迁元比体材料的要大;量子阱的层厚比体材料的薄,自吸收比体材料的小,所以多量子阱作为器件的有源区比体材料更有优势。 4 高亮度发光二极管器件结构设计。根据前两章的分析设计出补偿应变多量子阱的有源区结构;然后分析计算了器件的电注入和光输出过程,指出降低顶层的电阻率和增加顶层厚度都可以使注入电流更有效地扩展到上电极外面的区域,增加厚度还可以增加器件的侧面出光。外量子效率的计算结果表明器件顶层厚度优化值应该是15~20μm,最小也需 要spo。 5涡轮LPMOCVD对GalnP,GaAllnP,GaP等材料的外延生长。 在对外延设备,源材料的性质,外延材料的特性,外延技术充分了解和 深入研究的基础上,设计出各材料的生长参数。外延生长出晶体质量好, 界面平整的GaAllnP外延层;精确控制注入反应室源材料的流量和调整 好生长与间隔的时间,实现应变多量子阶的高质量生长;对于GaP材料 则采用分阶段生长、爬坡式掺杂的办法,得到表面晶亮,质量较好的电 流扩展层。在掺杂上成功消除Mg的记忆效应,使得器件各外延层杂质 浓度达到设计的掺杂水平。 6简单介绍了LED的制作工艺并给出器件测试结果。我们研制的 GalnP旧 应变多量子阶红光发光二极管在电流扩展层只有5.spe 的情况下,注入 20。A电流,管芯的法向发光光强达到 49.sined,电压 2.1 伏,发光的峰值波长为 648lllTI。发散角为 15”口 6/l/2)透明封装后,法向 发光光强大于ZCd。
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